大面積大柱網(wǎng)雙向無(wú)粘結(jié)預(yù)應(yīng)力混凝土框架體系的設(shè)計(jì)與施工

1、大面積大柱網(wǎng)雙向無(wú)粘結(jié)預(yù)應(yīng)力混凝土框架體系的設(shè)計(jì)與施工珠海市拱北口岸是我國(guó)大陸通往澳門(mén)的國(guó)家一級(jí)口岸，也是全國(guó)第二大口岸。新建口岸工程總平面布置見(jiàn)圖4-9-1。該工程核心建筑聯(lián)檢大樓是一座大型民族形式的多層建筑，面積約4萬(wàn)平方米。底層專供進(jìn)出關(guān)人員候檢、查驗(yàn)、通關(guān)使用，其余各層供聯(lián)檢職能機(jī)構(gòu)及與之配套服務(wù)的部門(mén)使用。由圖4-9-2可看出，該建筑平面很大，為186m100m， 軸為主體部分，長(zhǎng)142m。柱網(wǎng)尺寸為18m18m?？v向7跨，橫向5跨。除軸間的軸及軸為一層外，其余均為3層。屋頂為民族形式的大屋蓋，其四周為水平投影寬26m的孤形，其中包括周邊懸挑4.8m。從建筑造型及使用功能考慮結(jié)構(gòu)不設(shè)

2、伸縮縫。該結(jié)構(gòu)平面尺寸大大超過(guò)了規(guī)范允許的不設(shè)縫的最大限制長(zhǎng)度，同時(shí)要求結(jié)構(gòu)盡量壓縮梁高，降低層高，以達(dá)到減少空間體積，節(jié)省長(zhǎng)期使用能耗的目的。根據(jù)上述要求，對(duì)多種方案比較后，選定無(wú)粘結(jié)預(yù)應(yīng)力大面積大柱網(wǎng)連續(xù)多跨(718m)(518m)雙向框架承重結(jié)構(gòu)體系，樓面為3m3m網(wǎng)格的井字梁樓蓋。這是目前國(guó)內(nèi)運(yùn)用該項(xiàng)新技術(shù)樓層面積最大、連續(xù)跨數(shù)最多的雙向無(wú)粘結(jié)預(yù)應(yīng)力框架結(jié)構(gòu)工程。雖然無(wú)粘結(jié)預(yù)應(yīng)力框架已在國(guó)內(nèi)成功應(yīng)用，但象該工程這樣大面積大柱網(wǎng)的情況尚無(wú)先例。諸如計(jì)算理論的可靠性、摩擦損失的取值、特長(zhǎng)預(yù)應(yīng)力束施工、柱剛度對(duì)梁中預(yù)應(yīng)力建立的影響等都是值得研究和探討的難題。為使該工程結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)具有可靠的理論依

3、據(jù)，也為今后推廣該項(xiàng)新技術(shù)積累經(jīng)驗(yàn)，決定結(jié)合該工程進(jìn)行15實(shí)物結(jié)構(gòu)模擬試驗(yàn)和現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際工程測(cè)試，并開(kāi)展結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和施工工藝等系統(tǒng)研究。從目前取得的數(shù)據(jù)分析證明，該項(xiàng)新技術(shù)可靠、合理，并具有顯著的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。第1章 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)該結(jié)構(gòu)體系設(shè)計(jì)計(jì)算的前提條件是對(duì)框架施加預(yù)應(yīng)力，在活荷載大的軸線，要求平衡靜載和80%的活載；對(duì)其余荷載較小的軸線，梁上施加的預(yù)應(yīng)力僅平衡靜載產(chǎn)生的拉彎應(yīng)力。經(jīng)試算，柱截面選用800mm800mm。梁高在荷載特大的部分選用高跨比為1/12，一般荷載情況下選用1/15，即多數(shù)大梁截面尺寸為400mm1200mm，該工程既是雙向預(yù)應(yīng)力混凝土框架結(jié)構(gòu)，又是井式梁板結(jié)構(gòu)，其中主框

4、架內(nèi)井式梁板為普通鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，板厚l00mm，內(nèi)部井式梁截面為300mm1000mm，混凝土C35。無(wú)粘結(jié)預(yù)應(yīng)力筋選用低松弛鋼絞線Uj =l2.7，ptk=1770N/m m2，Ep=2l05N/m m2?？紤]到連續(xù)多跨特長(zhǎng)束的預(yù)應(yīng)力損失大，采用超張拉回松技術(shù)，取con =0.75 ptk張拉端采用OVM12.71錨具，錨固時(shí)預(yù)應(yīng)力筋內(nèi)縮值取8mm。無(wú)粘結(jié)鋼絞線強(qiáng)度設(shè)計(jì)值取py=1206N/m m20.9=1085N/m m2。摩擦損失系數(shù)取=0.12，K=0.003。各跨按二次拋物線布放預(yù)應(yīng)力筋，其反彎點(diǎn)取在距柱中心0.15l(l為梁跨長(zhǎng))處。將上述條件及各榀框架的荷載數(shù)據(jù)輸入計(jì)算機(jī)進(jìn)行

5、計(jì)算，根據(jù)計(jì)算結(jié)果及15實(shí)物結(jié)構(gòu)模型的試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析后完成框架設(shè)計(jì)。其典型的兩榻框架梁預(yù)應(yīng)力筋布置見(jiàn)圖4-9-3。設(shè)計(jì)要求在二層樓面施工時(shí)，必須進(jìn)行每向不少于2榀框架的實(shí)際張拉測(cè)試，并根據(jù)實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)，調(diào)整和修改預(yù)應(yīng)力張拉力或配筋根數(shù)，方可進(jìn)入下一步施工。預(yù)應(yīng)力束的端部錨固節(jié)點(diǎn)大樣見(jiàn)圖4-9-4(a)，固定端內(nèi)埋式錨頭擠壓錨具，布置見(jiàn)圖4-9-4(b)。大面積樓面結(jié)構(gòu)不設(shè)伸縮縫，除在框架體系梁施加預(yù)應(yīng)力外，還采取在適當(dāng)位置增設(shè)抵抗溫度伸縮和混凝土收縮的預(yù)應(yīng)力筋的辦法。如在軸間的井字次梁配置預(yù)應(yīng)力筋，這是因?yàn)樵摬糠謽敲婧奢d大，并考慮到可彌補(bǔ)中間部分樓面大梁的預(yù)應(yīng)力損失。在屋面上，增設(shè)封閉梁的預(yù)應(yīng)力

6、筋，以增強(qiáng)屋頂整體抵抗溫度伸縮的能力。另外，從圖4-9-2可看出，對(duì)四角和邊跨，設(shè)置混凝土筒或剪力墻以增強(qiáng)整體剛度和抵抗溫度應(yīng)力的能力。從目前情況看，達(dá)到了預(yù)定的設(shè)計(jì)要求。對(duì)預(yù)應(yīng)力筋除滿足規(guī)定的質(zhì)量要求外，在布束上要求特長(zhǎng)束無(wú)接頭，以免由于接頭的可靠性差，造成不可彌補(bǔ)的損失。第2章 分段流水施工在大面積大柱網(wǎng)雙向元粘結(jié)預(yù)應(yīng)力框架和井式梁板結(jié)構(gòu)施工中有不少難題，其一是大面積多層框架施工中如何分段流水的問(wèn)題。由于工藝布置及建筑要求，該工程142m100m樓面內(nèi)不設(shè)伸縮縫。為防止施加預(yù)應(yīng)力前在混凝土澆筑硬化過(guò)程中出現(xiàn)收縮裂縫，主要采取劃分施工段的辦法。劃分施工段既要考慮混凝土的澆筑能力，又要考慮結(jié)構(gòu)

7、布筋的特點(diǎn)及樓面施工和上下層施工流水的要求。每層樓面沿縱向劃分3個(gè)施工區(qū)段，見(jiàn)圖4-9-5。施工區(qū)段的界線分別在軸線西與軸東各7.5m處，、軸線間各縱向梁的加強(qiáng)束即在該處張拉錨固。在混凝土配料中加入水泥用量l5%的U型膨脹劑，以抵抗混凝土收縮變形。在3個(gè)施工區(qū)段內(nèi)，先施工第區(qū)段，伸入、區(qū)段的縱向通長(zhǎng)無(wú)粘結(jié)筋應(yīng)事先伸出，盤(pán)放在腳手架上盧在區(qū)段內(nèi)，先張拉縱向短束，再?gòu)埨瓩M向通長(zhǎng)束與短束，縱向通長(zhǎng)束需待、區(qū)段混凝土澆筑后方可張拉。在第施工區(qū)段內(nèi)，僅張拉橫向通長(zhǎng)束與短束。在第施工區(qū)段內(nèi)，宜先張拉縱向通長(zhǎng)束，再?gòu)埨瓩M向通長(zhǎng)束與短束。為取消施工中的二次支撐，在第三層樓面的混凝土施工中，除第區(qū)段內(nèi)因設(shè)計(jì)活載

8、取值較大滿足施工荷載要求外，對(duì)、區(qū)段，采取梁板分開(kāi)澆筑的辦法：先澆筑框架梁及各井字梁，待梁混凝土強(qiáng)度達(dá)到50%再澆筑板。為減少預(yù)應(yīng)力張拉時(shí)受周?chē)Y(jié)構(gòu)的約束，采取了以下措施：凡沿預(yù)應(yīng)力筋張拉方向的剪力墻，在預(yù)應(yīng)力筋張拉后再澆筑；樓梯間筒體剛度大，也在預(yù)應(yīng)力筋張拉后再澆筑；對(duì)多跨連續(xù)梁由預(yù)應(yīng)力梁及非預(yù)應(yīng)力梁組成的情況，則在預(yù)應(yīng)力梁澆筑并張拉后，再澆筑非預(yù)應(yīng)力梁。此時(shí)，普通鋼筋應(yīng)事先伸出梁端。第3章 特長(zhǎng)預(yù)應(yīng)力束施工第1節(jié) 特長(zhǎng)束的下料工藝特長(zhǎng)束的下料長(zhǎng)度可按常規(guī)方法進(jìn)行計(jì)算。如果嚴(yán)格控制下料尺寸，則不需額外加長(zhǎng)下料。對(duì)于90130m長(zhǎng)的無(wú)粘結(jié)筋，在現(xiàn)場(chǎng)選擇70m長(zhǎng)的平整場(chǎng)地，采用彎曲定長(zhǎng)下料，見(jiàn)圖

9、4-9-6。一定要在預(yù)應(yīng)力筋的正中間做好標(biāo)記，因?yàn)楸竟こ炭v向束是由中間第區(qū)段向兩邊、區(qū)段延伸，若中點(diǎn)不準(zhǔn)，則定長(zhǎng)預(yù)應(yīng)力筋會(huì)在、區(qū)段內(nèi)出現(xiàn)一端過(guò)長(zhǎng)另端過(guò)短的情況而無(wú)法張拉。下料后每根筋卷成直徑1.5m的盤(pán)，并在其兩端作出同顏色標(biāo)記，以便在張拉時(shí)識(shí)別。第2節(jié) 特長(zhǎng)束的鋪設(shè)固定雙向特長(zhǎng)束的鋪設(shè)是影響預(yù)應(yīng)力施工質(zhì)量、人力與速度的關(guān)鍵之一，因此必須作好以下準(zhǔn)備：1.首先繪制出各節(jié)點(diǎn)無(wú)粘結(jié)筋穿插詳圖，定出各種梁無(wú)粘結(jié)筋的實(shí)際坐標(biāo)及配套的固定支架尺寸。2.無(wú)粘結(jié)筋應(yīng)逐根檢查、編號(hào)。內(nèi)埋式固定端處，應(yīng)事先在現(xiàn)場(chǎng)采用擠壓機(jī)將鋼套簡(jiǎn)擠壓在鋼絞線筋上，以形成擠壓頭。4.無(wú)粘結(jié)筋固定支架的典型作法見(jiàn)圖4-9-7。按元

10、粘結(jié)筋曲線坐標(biāo)焊在箍筋上，間距0.61m。具體鋪設(shè)時(shí)，應(yīng)遵循以下原則：1.大梁底模鋪好后先放置縱橫向梁底非預(yù)應(yīng)力鋼筋，扎好柱頭箍筋，然后放入預(yù)應(yīng)力筋。預(yù)應(yīng)力筋放入后再設(shè)架立筋、負(fù)彎矩鋼筋和箍筋，預(yù)應(yīng)力筋固定后放置拉結(jié)筋。2.無(wú)粘結(jié)縱向通長(zhǎng)束在下，橫向通長(zhǎng)束在上。低位的無(wú)粘結(jié)筋先鋪設(shè)。3.無(wú)粘結(jié)筋在梁內(nèi)按6根成柬捆扎在一起，在梁端分散布置，單根張拉錨固。4.在第區(qū)段內(nèi)嚴(yán)格按中點(diǎn)標(biāo)志放置預(yù)應(yīng)力筋，伸入、區(qū)段的預(yù)應(yīng)力筋先成卷放在腳手架上。5.為便于鋼筋與無(wú)粘結(jié)筋鋪設(shè)，梁的兩側(cè)模板均暫不安裝，無(wú)粘結(jié)筋的標(biāo)高劃在箍筋上。無(wú)粘結(jié)筋控制點(diǎn)的安裝誤差2矢高方向5mm，水平方向10mm。第3節(jié) 特長(zhǎng)束的張拉管理

11、特長(zhǎng)束采取單根兩端同步張拉，每根伊12.7張拉力為13.3kN。預(yù)應(yīng)力筋張拉前，應(yīng)重新確認(rèn)各筋在兩端的正確位置。如有異議，可用萬(wàn)用表對(duì)無(wú)粘結(jié)筋進(jìn)行辨別。為防止在張拉時(shí)出現(xiàn)錯(cuò)位而影響張拉伸長(zhǎng)值的統(tǒng)計(jì)計(jì)算，可先在兩端均安裝好夾片錨具，在一端先張拉，另一端拉動(dòng)后裝上千斤頂再補(bǔ)拉。具體操作如下：A端由00.2con (注意固定端B是否拉動(dòng)，如被拉動(dòng)，記錄下A端的油壓表讀數(shù)，量測(cè)初始伸長(zhǎng)值)0.6con (量測(cè)伸長(zhǎng))1.0con (量伸長(zhǎng)，A端錨固)，再在B端補(bǔ)拉至張拉力后錨固?？椎滥Σ翐p失值測(cè)定特長(zhǎng)多波曲線束孔道摩擦損失的測(cè)定，對(duì)調(diào)整張拉力并準(zhǔn)確建立預(yù)應(yīng)力及進(jìn)行伸長(zhǎng)值校核都至關(guān)重要。本工程在二層樓面縱

12、橫向大梁進(jìn)行了全長(zhǎng)二分之一同條件埋設(shè)的預(yù)應(yīng)力束摩擦損失試驗(yàn)共4束，同時(shí)，對(duì)實(shí)際結(jié)構(gòu)進(jìn)行22根特長(zhǎng)束的摩擦損失試驗(yàn)。試驗(yàn)時(shí)，先在兩端裝好鋪具，在一端先張拉，當(dāng)固定端拉動(dòng)后暫停張拉，在固定端裝上千斤頂，稍稍張拉以保證工作錨夾片不受力，并關(guān)死油門(mén)，然后在張拉端張拉到控制應(yīng)力，觀察固定端油壓表讀數(shù)，即可求出該特長(zhǎng)束的摩擦損失值。該工程二層樓面22根特長(zhǎng)縱向束的實(shí)測(cè)K=0.003，=0.02790.0794，三層樓面6根特長(zhǎng)橫向束的實(shí)測(cè)K=0.003，=0.1l0.193。2.張拉伸長(zhǎng)值管理該工程二層樓面大梁幾百根特長(zhǎng)束的張拉伸長(zhǎng)值的統(tǒng)計(jì)表明，若按常規(guī)計(jì)算，均超過(guò)規(guī)范規(guī)定的理論伸長(zhǎng)值+l0%的上限，其實(shí)這是錯(cuò)誤地將0.2con以下的推算伸長(zhǎng)值全部考慮進(jìn)去的緣故。事實(shí)上，在特長(zhǎng)束的情況下，規(guī)范建議的常規(guī)推算值已不再適用。以二層樓面X軸為例，該梁18根通長(zhǎng)束共進(jìn)行13根孔道摩擦損失試驗(yàn)，實(shí)測(cè)K=0.003，=0.0545，一端張拉時(shí)固定端應(yīng)力為0.457con固定端拉動(dòng)時(shí)張拉端的平均拉力為0.32con。由于張拉力不同，摩擦系數(shù)也會(huì)變化。為更好地反映